CN101728410A - 固态摄像元件、固态摄像装置及其制造方法 - Google Patents

固态摄像元件、固态摄像装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种减小读取通道面积且受光部表面积相对于一像素面积比例较大的CCD固态摄像元件。具有：第1导电型平面状半导体层，形成于第2导电型平面状半导体层上；孔，形成于第1导电型平面状半导体层；第1导电型高浓度杂质区域，形成于孔底部；元件隔离区域，其由形成于孔一部分侧壁且与第1导电型高浓度杂质区域连接；第2导电型光电转换区域，形成于孔底部的第1导电型高浓度杂质区域下部以及孔另一部分侧壁，通过受光使电荷量变化；传输电极，隔栅极绝缘膜形成于孔侧壁；第2导电型CCD通道区域，形成于第1导电型平面状半导体层表面、以及孔另一部分侧壁上部；读取通道，形成于由第2导电型光电转换区域和第2导电型CCD通道区域所夹区域。

Description

固态摄像元件、固态摄像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种固态摄像元件、固态摄像装置及其制造方法，尤其涉及CCD固态摄像元件、CCD固态摄像装置及其制造方法。
背景技术
摄影机等所使用的现有技术的固态摄像元件中，其光检测元件排列成矩阵状，且在光检测元件列之间具有垂直电荷耦合元件(垂直CCD：Charge Coupled Device)，用于读取在该光检测元件列所产生的信号电荷。
继而表示上述现有技术的固态摄像元件的构造(例如，参考专利文献1)。图1是表示现有技术的固态摄像元件的单位像素的截面图。光电二极管(PD)形成于在n型衬底11上所形成的p型阱区域12内，且包含：具有电荷蓄积层功能的n型光电转换区域13；以及形成于n型光电转换区域13上的p+型区域14。
此外，n型CCD通道区域16作为n型杂质添加区域而形成于p型阱区域12内。n型CCD通道区域16和在该n型CCD通道区域16读取信号电荷那一侧的光电二极管之间，设置有p型杂质添加区域所形成的读取通道。继而在光电二极管所产生的信号电荷暂时蓄积于n型光电转换区域13之后，经由读取通道而被读取。
另一方面，n型CCD通道区域16和另外的光电二极管之间设置有p+型元件隔离区域15。由该p+型元件隔离区域15将光电二极管和n型CCD通道区域16电气性地隔离，并且使n型CCD通道区域16之间亦以互相不接触的方式呈隔离状态。
在半导体衬底的表面上，利用硅氧化膜17形成沿水平方向延伸且经过光电二极管之间的传输电极18。经由位于传输电极18中被通以读取信号的电极下方的读取通道，而由n型CCD通道区域16来读取光电二极管所产生的信号电荷。
形成有传输电极18的半导体衬底的表面上形成有金属屏蔽膜20。金属屏蔽膜20在各个光电二极管处均具有金属屏蔽膜开口部24来用作光穿透部，该金属屏蔽膜开口部24可供作为受光部的p+型区域14所接收的光穿透。
专利文献1：日本特开2000-101056号公报
发明内容
如此，在现有技术的固态摄像元件当中，其光电二极管(PD)、读取通道、n型CCD通道区域、p+型元件隔离区域形成于平面，在增大受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例方面是有限度的。鉴于此，本发明的目的在于提供一种能减小读取通道的面积，且受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例较大的CCD固态摄像元件。
本发明第1实施方式提供一种固态摄像元件，其特征在于具有：第2导电型平面状半导体层；第1导电型平面状半导体层，其形成于上述第2导电型平面状半导体层上；孔，其形成于上述第1导电型平面状半导体层；第1导电型高浓度杂质区域，其形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部；元件隔离区域，其由形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁的一部分上，且和上述第1导电型高浓度杂质区域相连接的第1导电型高浓度杂质所构成；第2导电型光电转换区域，其形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部所形成的上述第1导电型高浓度杂质区域的下部、以及形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的另一部分侧壁的底部，且通过受光而使自身电荷量产生变化；传输电极，其隔着栅极绝缘膜形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁上；第2导电型C CD通道区域，其形成于上述第1导电型平面状半导体层表面、以及在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的另一部分侧壁的上部；以及读取通道，其形成于由上述第2导电型光电转换区域和上述第2导电型CCD通道区域所夹的区域。
此外，本发明的优选实施方式提供一固态摄像装置，其中以行列状排列有多个上述记载的固态摄像元件。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像装置，其特征在于：上述第2导电型CCD通道区域由至少在形成于上述第1导电型平面状半导体层的相邻各孔列间沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，以使上述第2导电型CCD通道区域互相不接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像装置，其特征在于：多个传输电极，包含有隔着栅极绝缘膜形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁上的传输电极，该多个传输电极在形成于上述第1导电型平面状半导体层的各孔行间沿行方向延伸，且分离开预定间隔而排列，从而沿着上述第2导电型CCD通道区域传输上述固态摄像元件所产生的信号电荷。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一固态摄像装置，沿第1方向以第1间隔排列多个上述记载的固态摄像元件而形成第1固态摄像元件列，沿上述第1方向以上述第1间隔排列多个上述记载的固态摄像元件而形成第2固态摄像元件列，且该第2固态摄像元件列在上述第1方向上相对于上述第1固态摄像元件列错开预定量，由该第1固态摄像元件列以及该第2固态摄像元件列隔开第2间隔地排列而成的元件列的组，隔开上述第2间隔且沿上述第1方向错开预定量地排列多组。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像装置，其特征在于：上述第2导电型CCD通道区域至少在形成于上述第1导电型平面状半导体层上的相邻各孔列间，由第2导电型杂质区域构成，该第2导电型杂质区域经过形成于该相邻的上述第1导电型平面状半导体层的孔列中的形成于各上述第1导电型平面状半导体层的相邻孔之间，并沿列方向延伸，以使上述第2导电型CCD通道区域互相不接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像装置，其特征在于：上述传输电极在形成于上述第1导电型平面状半导体层的相邻各孔行间，经过形成于该相邻的上述第1导电型平面状半导体层的孔行中的形成于各上述第1导电型平面状半导体层的相邻孔之间而沿行方向延伸，且按相隔预定间隔的方式排列，从而能沿着上述第2导电型CCD通道区域传输上述固态摄像元件所产生的信号电荷。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：在第2导电型平面状半导体层上所形成的第1导电型平面状半导体层上形成孔的步骤；在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤；在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁的一部分上，形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤；形成于在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部的上述第1导电型高浓度杂质区域的下部、以及在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的另一部分侧壁的底部，形成由受光而使自身电荷量产生变化的第2导电型光电转换区域的步骤；在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁上隔着栅极绝缘膜形成传输电极的步骤；在上述第1导电型平面状半导体层表面、以及在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的另一部分侧壁的上部形成第2导电型CCD通道区域的步骤；以及在由上述第2导电型光电转换区域和上述第2导电型CCD通道区域所夹的区域形成读取通道的步骤。
此外，本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其包含：在第2导电型平面状半导体层上所形成的第1导电型平面状半导体层上形成掩膜，且将硅予以蚀刻而形成孔的步骤。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其包含：将由离子注入法形成第2导电型光电转换区域时所用的掩膜件形成于在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁上的步骤；以及由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其在由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤之后，包含：在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其在由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤之后，包含：由蚀刻法将形成于在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁的掩膜件的一部分予以去除，此后，由离子注入法，在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部，形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤；以及在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁的其中一部分上，形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其包含：将由离子注入法形成第2导电型CCD通道区域时的掩膜件，形成于在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的步骤；以及由离子注入法形成第2导电型CCD通道区域的步骤。
此外，根据本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其包含：以能连接于由形成于在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的一部分上的由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的方式，形成由离子注入法形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域时的掩膜件的步骤；以及由离子注入法形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤。
此外，本发明的优选实施方式提供一上述记载的固态摄像元件的制造方法，其包含由进行栅极绝缘膜的形成、栅极电极材的沉积、平坦化以及蚀刻作业，而形成传输电极的步骤。
现有技术的CCD固态摄像元件中，其光电二极管(PD)、读取通道、n型CCD通道区域、p+型元件隔离区域形成为平面状，且在使受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例增大方面是有其限度的，然而，根据本发明，则能提供一种由非水平方式配置读取通道，能大幅减小读取通道的占有面积，且受光部(光电二极管)的表面积相对于一像素的面积的比例较大的CCD固态摄像元件。
附图说明
图1是表示现有技术的的固态摄像元件的单位像素的截面图。
图2是本发明的CCD固态摄像元件的俯视图。
图3是本发明的CCD固态摄像元件的立体透视图。
图4是图2的X1-X1′截面图。
图5是图2的Y1-Y1′截面图。
图6(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图6(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图7(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图7(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图8(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图8(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图9(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图9(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图10(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图10(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图11(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图11(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图12(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图12(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图13(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图13(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图14(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图14(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图15(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图15(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图16(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图16(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图17(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图17(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图18(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图18(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图19(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图19(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图20(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图20(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图21(a)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的X1-X1′截面步骤图。
图21(b)是表示本发明的CCD固态摄像元件的制造例的Y1-Y1′截面步骤图。
图22是将本发明的CCD固态摄像元件配置成蜂巢状的固态摄像元件的俯视图。
图23是将本发明的CCD固态摄像元件配置成蜂巢状的固态摄像元件的立体透视图。
图24是图22的X2-X2′截面图。
图25是图22的Y2-Y2′截面图。
图26是将本发明的CCD固态摄像元件配置成行列状的固态摄像元件的俯视图。
图27是将本发明的CCD固态摄像元件配置成行列状的固态摄像元件的立体透视图。
图28是图26的X3-X3′截面图。
图29是图26的Y3-Y3′截面图。
具体实施方式
以下，参照附图而详细说明有关于本发明的实施方式。
(第1实施方式)
将本发明第1实施方式的CCD固态摄像元件配置成一行二列的固态摄像装置的俯视图、以及立体透视图分别表示于图2以及图3。此外，图4是图2的X1-X1′截面图，图5是图2的Y1-Y1′截面图。
在n型衬底115上形成p型阱区域114，在p型阱区域114上形成硅孔203，在硅孔203的底部形成p+型区域104，在硅孔203侧壁的一部分上形成和p+型区域104相连接的p+型元件隔离区域101，在p+型区域104的下部、以及硅孔203的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域110，在硅孔203的侧壁隔着栅极绝缘膜117形成传输电极106、107，在p型阱区域114表面、以及硅孔203的另一部分侧壁的上部形成n型C CD通道103，在由n型光电转换区域110和n型CCD通道103所夹的区域形成读取通道112。
此外，在n型衬底115上形成p型阱区域114，在p型阱区域114上形成硅孔204，在硅孔204的底部形成p+型区域105，在硅孔204侧壁的一部分上形成和p+型区域105相连接的p+型元件隔离区域102，在p+型区域105的下部、以及硅孔204的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域111，在硅孔204的侧壁隔着栅极绝缘膜117形成传输电极106、107，在p型阱区域114表面、以及硅孔204的另一部分侧壁的上部形成n型C CD通道区域109，在由n型光电转换区域111和n型C CD通道区域109所夹的区域形成读取通道113。
n型CCD通道区域108、103之间形成p+型元件隔离区域101，以使通道区域互相不接触。
此外，n型CCD通道区域103、109之间形成p+型元件隔离区域102，以使通道区域互相不接触。
此外，传输电极106、107上、在硅孔203、204侧壁上隔着绝缘膜119形成金属屏蔽膜116。
向传输电极106或107通以读取信号时，作为电荷蓄积层的n型光电转换区域110所蓄积的信号电荷经由读取通道112而由n型CCD通道区域103来读取。此外，读取的信号电荷由传输电极106、107沿垂直(Y1-Y1′)方向传输。
(第2实施方式)
继而为本发明的第2实施方式，将由多个第1实施方式的C CD固态摄像元件配置成行列状而成的固态摄像装置的一部分的俯视图、以及立体透视图分别表示于图26、以及图27。此外，图28是图26的X3-X3′截面图，图29是图26的Y3-Y3′截面图。
在图26和图27当中，在半导体衬底上，具有p+型区域501、502的固态摄像元件以预定间隔(垂直像素间隔VP)沿垂直(Y3-Y3′)方向(列方向)排列(第1固态摄像元件列)。以和第1固态摄像元件列相同的预定间隔(垂直像素间隔VP)沿垂直方向排列具有p+型区域503、504的各固态摄像元件(第2固态摄像元件列)，该第2固态摄像元件列的各固态摄像元件之间相邻配置，且它们在垂直方向上的位置分别与第1固态摄像元件列的各个固态摄像元件相同。第1固态摄像元件列和第2固态摄像元件列间以和垂直像素间隔相同的间隔(水平像素间隔HP)配置。如此，具有p+型区域501、502、503、504的固态摄像元件排列成所谓的行列状(矩阵状)。
在相邻排列的第1固态摄像元件列的硅孔530、532和第2固态摄像元件列的硅孔531、533之间，设置n型CCD通道区域508，用以读取具有p+型区域501、502的光电二极管所产生的信号电荷，并将该信号电荷沿垂直方向传输。同样地，为了读取另外的光电二极管所产生的信号电荷，并将其沿垂直方向传输，而设置n型CCD通道区域507、509。
n型CCD通道区域中，排列成行列状的硅孔之间沿垂直方向延伸。且以使n型CCD通道区域之间互相隔离而不接触的方式设置p+型元件隔离区域505、506。
此外，为了向p+型区域501、502施加电压，p+型元件隔离区域505亦形成于硅孔530、532的侧壁的一部分上，且与p+型区域501、502相连。
此外，为了向p+型区域503、504施加电压，p+型元件隔离区域506亦形成于硅孔531、533的侧壁的一部分上，且与p+型区域503、504相连。
在本实施方式当中，p+型元件隔离区域505、506虽沿着第1和第2固态摄像元件列的排列方向、以及硅孔的外缘而设置，但只要是以使相邻的n型CCD通道区域互相不接触的方式设置p+型元件隔离区域505、506，且p+型元件隔离区域505、506形成于硅孔侧壁的一部分上，连接于硅孔底部的p+型区域即可，例如，亦可沿X3方向自图25的配置位置错开的方式配置p+型元件隔离区域505、506。
在将具有p+型区域501、503的固态摄像元件沿水平(X2-X2′)方向(行方向)排列成的第1固态摄像元件行的硅孔530、531、和将具有p+型区域502、504的固态摄像元件沿水平方向排列成的第2固态摄像元件行的硅孔532、533之间，设置传输电极512、513、514，用以沿垂直方向传输n型CCD通道区域507、508、509自光电二极管所读取的信号电荷。
此外，设置传输电极510、511、515、516，用以沿垂直方向传输由n型CCD通道区域507、508、509自光电二极管所读取的信号电荷。当向传输电极514通以读取信号时，则蓄积于光电二极管502、504的信号电荷经由读取通道读取到n型CCD通道区域508、509。传输电极在排列成行列状的硅孔之间沿水平方向延伸。
具有p+型区域501的固态摄像元件中，在n型衬底526上形成p型阱区域525，在p型阱525上形成硅孔530，在硅孔530的底部形成p+型区域501，在硅孔530侧壁的一部分上形成和p+型区域501相连接的p+型元件隔离区域505，在p+型区域501的下部、以及硅孔530的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域517，在硅孔530的侧壁上利用栅极绝缘膜527形成传输电极511、512，在p型阱525表面、以及硅孔530的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道508，在由n型光电转换区域517和n型CCD通道508所夹的区域形成读取通道521。
此外，具有p+型区域502的固态摄像元件中，在n型衬底526上形成有p型阱区域525，在p型阱525上形成硅孔532，在硅孔532的底部形成p+型区域502，在硅孔532侧壁的一部分上形成和p+型区域502相连接的p+型元件隔离区域505，在p+型区域502的下部、以及硅孔532的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域518，在硅孔532的侧壁上，隔着栅极绝缘膜527形成传输电极514、515，在p型阱525表面、以及硅孔532的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道508，在由n型光电转换区域518和n型CCD通道508所夹的区域形成读取通道522。
此外，具有p+型区域503的固态摄像元件中，在n型衬底526上形成p型阱区域525，在p型阱525上形成硅孔531，在硅孔531的底部形成p+型区域503，在硅孔531侧壁的一部分上形成和p+型区域503相连接的p+型元件隔离区域506，在p+型区域503的下部、以及硅孔531的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域519，在硅孔531的侧壁上，隔着栅极绝缘膜527形成传输电极511、512，在p型阱525表面、以及硅孔531的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道509，在由n型光电转换区域519和n型CCD通道509所夹的区域形成读取通道523。
此外，具有p+型区域504的固态摄像元件中，在n型衬底526上形成p型阱区域525，在p型阱区域525形成硅孔533，在硅孔533的底部形成p+型区域504，在硅孔533侧壁的一部分上形成和p+型区域504相连接的p+型元件隔离区域506，在p+型区域504的下部、以及硅孔533的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域520，在硅孔533的侧壁上，隔着栅极绝缘膜527形成传输电极514、515，在p型阱525表面、以及硅孔533的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道509，在n型光电转换区域520和n型CCD通道509所夹的区域形成读取通道524。
此外，传输电极510、511、512、513、514、515、516上、在硅孔501、502、503、504的侧壁上隔着绝缘膜528形成金属屏蔽膜529。
如上所述，在相邻的固态摄像元件行的硅孔之间设置传输电极510、511、512、513、514、515、516，这些传输电极510～516以经过相邻的固态摄像元件行的硅孔之间的方式沿行方向延伸，且相隔预定间隔而配置。与硅孔相邻的传输电极511、512、514、515利用栅极绝缘膜形成于硅孔的侧面。传输电极510、511、512、513、514、515、516和n型CCD通道区域构成将光电二极管所产生的信号电荷沿垂直方向传输的垂直电荷传输装置(VCCD)。VCCD采用3相驱动(ψ1至ψ3)，且对各个光电二极管，由不同的相位所驱动的3个传输电极将光电二极管所产生的信号电荷沿垂直方向传输。本实施方式中，VCCD虽为3相驱动，但本领域的技术人员应当明了亦可采用以适当的任意数目的相来驱动VCCD的结构。
(第3实施方式)
在第2实施方式当中，虽表示CCD固态摄像元件配置成行列状的固态摄像装置，但如图22、图23、图24、图25所示，将CCD固态摄像元件配置成蜂巢状亦可。因此，作为本发明的第3实施方式而说明将第1实施方式的CCD固态摄像元件配置成蜂巢状的固态摄像装置。将C CD固态摄像元件配置成蜂巢状的固态摄像装置的一部分的俯视图、以及立体透视图分别表示于图22、以及图23。此外，图24是图22的X2-X2′截面图，图25是图22的Y2-Y2′截面图。
在图22和图23当中，在半导体衬底上，具有p+型区域301、302的固态摄像元件以预定间隔(垂直像素间隔VP)沿垂直(Y2-Y2′)方向(列方向)排列(第1固态摄像元件列)。
以和第1固态摄像元件列相同的预定间隔沿垂直方向排列具有p+型区域303、304的各固态摄像元件(第2固态摄像元件列)，该第2固态摄像元件列的各固态摄像元件同第1固态摄像元件列之间的间隔为垂直像素间隔(或水平像素间隔HP)的1/2，且在垂直方向上相对于第1固态摄像元件列错开垂直像素间隔VP的1/2而配置。
此外，以和第1固态摄像元件列相同的预定间隔沿垂直方向排列具有p+型区域305、306的各固态摄像元件(第3固态摄像元件列)，该第3固态摄像元件列的各固态摄像元件同第2固态摄像元件列之间的间隔为垂直像素间隔(或水平像素间隔HP)的1/2，且在垂直方向上相对第2固态摄像元件列错开垂直像素间隔VP的1/2而配置。
即，具有p+型区域301、302、303、304、305、306的固态摄像元件排列成所谓的蜂巢状。
在相邻排列的第1固态摄像元件列的硅孔339、331、和第2固态摄像元件列的硅孔334、333之间，设置n型CCD通道区域311，用以读取具有p+型区域301、302的光电二极管所产生的信号电荷，并将该信号电荷沿垂直方向传输。
同样地，在第2固态摄像元件列的硅孔334、333、和第3固态摄像元件列的硅孔305、306之间，设置n型CCD通道区域312，用以读取具有p+型区域303、304的光电二极管所产生的信号电荷，并将该信号电荷沿垂直方向传输。
此外，设置n型CCD通道区域313，用以读取具有p+型区域305、306的光电二极管所产生的信号电荷，并将该信号电荷沿垂直方向传输。
此外，设置n型CCD通道区域310，用以读取光电二极管所产生的信号电荷，并将该信号电荷其沿垂直方向传输。
这些n型CCD通道区域在排列成蜂巢状的硅孔之间呈蛇行状沿垂直方向延伸设置。此外，n型CCD通道区域之间以互相隔离而不接触的方式设置p+型元件隔离区域307、308、309。
此外，为了向p+型区域301、302施加电压，p+型元件隔离区域307亦形成于硅孔339、331侧壁的一部分上，且与p+型区域301、302连接。
此外，为了向p+型区域303、304加载电压，p+型元件隔离区域308亦形成于硅孔334、333侧壁的一部分上，且与p+型区域303、304连接。
此外，为了向p+型区域305、306加载电压，p+型元件隔离区域309亦形成于硅孔343、332侧壁的一部分上，且与p+型区域305、306连接。
在本实施方式当中，p+型元件隔离区域307、308、309沿着第1、第2、以及第3固态摄像元件列的排列方向、以及硅孔的外缘设置，但只要以使相邻的n型CCD通道区域以互相不接触的方式设置p+型元件隔离区域307、308、309，且p+型元件隔离区域307、308、309形成于硅孔侧壁的一部分上，连接于硅孔底部的p+型区域即可，例如，亦可沿X2方向从图21的配置位置错开的方式配置p+型元件隔离区域307、308、309。
将具有p+型区域301、305的固态摄像元件沿水平(X2-X2′)方向(行方向)排列成的第1固态摄像元件行的硅孔339、343、和将具有p+型区域303的固态摄像元件沿水平方向排列的第2固态摄像元件行的硅孔334之间，设置传输电极314、315。
同样地，在将具有p+型区域303的固态摄像元件沿水平方向排列成的第2固态摄像元件行的硅孔334、和将具有p+型区域302、306的固态摄像元件沿水平方向排列成的第3固态摄像元件行的硅孔331、332之间，设置传输电极316、317；将具有p+型区域302、306的固态摄像元件沿水平方向排列成的第3固态摄像元件行的硅孔331、332、和将具有p+型区域304的固态摄像元件沿水平方向排列成的第4固态摄像元件行的硅孔333之间，设置传输电极318、319。这些传输电极在排列成蜂巢状的硅孔之间呈蛇行状沿水平方向延伸设置。
具有p+型区域301的固态摄像元件中，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔339，在硅孔339的底部形成p+型区域301，在硅孔339侧壁的一部分上形成和p+型区域301相连接的p+型元件隔离区域307；在p+型区域301的下部、和硅孔339的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域322，在硅孔339的侧壁上利用栅极绝缘膜328形成传输电极314，在p型阱区域320表面、和硅孔339的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道311，在由n型光电转换区域322和n型CCD通道311所夹的区域形成读取通道340。
具有p+型区域302的固态摄像元件中，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔331，在硅孔331的底部形成p+型区域302，在硅孔331侧壁的一部分上形成和p+型区域302相连接所形成的p+型元件隔离区域307，在p+型区域302的下部、和以及硅孔331侧壁的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域323，在硅孔331的侧壁上隔着栅极绝缘膜328形成传输电极317、318，在p型阱320表面、和以及硅孔331侧壁的另一部分侧壁的上部形成n型C CD通道311，在n型光电转换区域323和n型CCD通道311所夹的区域形成读取通道335。
具有p+型区域303的固态摄像元件中，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔334，在硅孔334的底部形成p+型区域303，在硅孔334侧壁的隔着一部分上形成和p+型区域303相连接的p+型元件隔离区域308，在p+型区域303的下部、以及硅孔334的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域324，在硅孔334的侧壁上隔着栅极绝缘膜328形成传输电极315、316，在p型阱320表面、以及硅孔334的另一部分侧壁的上部形成n型C CD通道312，在n型光电转换区域324和n型CCD通道312所夹的区域形成读取通道338。
具有p+型区域304的固态摄像元件中，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔333，在硅孔333的底部形成p+型区域304，在硅孔333侧壁的一部分上形成和p+型区域304相连接的p+型元件隔离区域308，在p+型区域304的下部、以及硅孔333的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域325，在硅孔333的侧壁隔着栅极绝缘膜328形成传输电极319，在p型阱320表面、以及硅孔333的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道312，在由n型光电转换区域325和n型C CD通道312所夹的区域形成读取通道337。
具有p+型区域305的固态摄像元件中，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔343，在硅孔343的底部形成p+型区域305，在硅孔343侧壁的一部分上形成和p+型区域305相连接的p+型元件隔离区域309，在p+型区域305的下部、以及硅孔343的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域326，在硅孔343的侧壁上隔着栅极绝缘膜328形成传输电极314，在p型阱320表面、以及硅孔343的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道313，在由n型光电转换区域326和n型CCD通道313所夹的区域形成读取通道341。
具有p+型区域306的固态摄像元件上，在n型衬底321上形成p型阱区域320，在p型阱320上形成硅孔332，在硅孔332的底部形成p+型区域306，在硅孔332侧壁的一部分上形成和p+型区域306相连接的p+型元件隔离区域309，在p+型区域306的下部、以及硅孔332的另一部分侧壁的底部形成n型光电转换区域327，在硅孔332的侧壁上隔着栅极绝缘膜328形成传输电极317、318，在p型阱320表面、以及硅孔332的另一部分侧壁的上部形成n型CCD通道313，在由n型光电转换区域327和n型CCD通道313所夹的区域形成读取通道336。
此外，传输电极314、315、316、317、318、319上、硅孔339、331、334、333、343、332侧壁上隔着绝缘膜329形成金属屏蔽膜330。
如上述，在相邻的固态摄像元件行的硅孔之间，设置传输电极314、315、316、317、318、319，这些传输电极以经过相邻的固态摄像元件行的硅孔之间的方式沿行方向延伸。传输电极314、315、316、317、318、319利用栅极绝缘膜328而形成于硅孔的侧面上，且相隔着预定间隔地配置。传输电极314、315、316、317、318、319和n型CCD通道区域构成将光电二极管所产生的信号电荷沿垂直方向传输的垂直电荷传输装置(VCCD)。VCCD采用4相驱动(φ1至φ4)，且对各个光电二极管，由不同的相位所驱动的4个传输电极将光电二极管所产生的信号电荷沿垂直方向传输。本实施方式中，VCCD为4相驱动，但本领域的技术人员应当明了亦可采用以适当的任意数目的相驱动VCCD的结构。
另外，图示虽省略，但上述金属屏蔽膜上和普通的CCD图像传感器同样地利用保护膜或平坦化膜而形成滤色片、微透镜等。
继而参照图6至图21而说明用以形成本发明的实施方式的固态摄像元件、固态摄像装置的制造步骤之一例。
图6至图21中，其(a)、(b)分别对应于图2的X1-X1′、Y1-Y1′截面。
在n型衬底115上形成p型阱区域114，且在p型阱区域114上部形成氧化膜201(图6(a)、(b))。
对氧化膜进行蚀刻而形成氧化膜掩膜202(图7(a)、(b))。
对硅进行蚀刻而形成硅孔203、204(图8(a)、(b))。
为了防止离子注入时的离子通道效应(ion channelling，即，当向原子排列较疏的方向注入离子时，离子束与结晶原子碰撞的几率变小，而导致往往被注入到原子结晶深处)，进行氧化而形成氧化膜205、206，且为了作成离子注入时的掩膜，而沉积多晶硅，且进行蚀刻而形成侧壁207、208状(图9(a)、(b))。
将磷或砷进行注入、退火而形成n型光电转换区域110、111(图10(a)、(b))。
为了形成硅侧壁的p+型元件隔离区域，而形成保护膜209、210，且将多晶硅予以蚀刻(图11(a)、(b))。
将保护膜予以剥离，且注入硼而形成p+区域104、105(图12(a)、(b))。
将多晶硅、氧化膜予以剥离(图13(a)、(b))。
为了作成离子注入时的掩膜，而沉积氧化膜，且予以平坦化、蚀刻而形成氧化膜211、212(图14(a)、(b))。
为了防止离子注入时的离子通道效应，而沉积氧化膜213(图15(a)、(b))。
注入磷或砷而形成n型CCD通道区域103、108、109(图16(a)、(b))。
形成用以形成p+型元件隔离区域的保护膜214、215、216，且注入硼而形成p+型元件隔离区域101、102(图17(a)、(b))。
将保护膜予以剥离，且将氧化膜予以剥离(图18(a)、(b))。
形成栅极绝缘膜117，且沉积多晶硅217，并进行平坦化(图19(a)、(b))。
对多晶硅进行蚀刻而形成传输电极106、107(图20(a)、(b))。
沉积绝缘膜119，且沉积金属屏蔽膜116，并进行蚀刻(图21(a)、(b))。
此外，在以上的实施方式当中，传输电极可使用半导体工艺方法或固态装置通常所使用的电极材料而构成。例如，可列举如低电阻多晶硅、钨(W)、钼(Mo)、硅化钨(WSi)、硅化钼(MoSi)、硅化钛(TiSi)、硅化钽(TaSi)、以及硅化铜(CuSi)。此外，传输电极亦可以以不夹绝缘膜的方式沉积多层这些电极材料而形成。
此外，金属屏蔽膜例如可由铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)等的金属膜、或由2种以上的这些金属所构成的合金膜、或由从含有上述金属膜和上述合金膜的群中选择出的2种以上组合而成的多层金属膜等而形成。
以上，在本发明当中，虽说明有关于用以例示的几个实施方式，但本发明并不限于此，在未脱离本发明的范围及精神的情况下，本领域的技术人员应当明了可就实施方式及详细进行各种改变和修正。

Claims (15)

1.一种固态摄像元件，其特征在于，具有：
第2导电型平面状半导体层；
第1导电型平面状半导体层，其形成于上述第2导电型平面状半导体层上；
孔，其形成于上述第1导电型平面状半导体层；
第1导电型高浓度杂质区域，其形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的底部；
元件隔离区域，其由形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的其中一部分上，且与上述第1导电型高浓度杂质区域相连接的第1导电型高浓度杂质所构成；
第2导电型光电转换区域，其形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的底部所形成的上述第1导电型高浓度杂质区域的下部、以及形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的另一部分侧壁的的底部，且通过受光而使自身电荷量产生变化；
传输电极，其利用栅极绝缘膜而形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁上；
第2导电型CCD通道区域，其形成于上述第1导电型平面状半导体层表面、以及在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的另一部分侧壁的上部；以及
读取通道，其形成于由上述第2导电型光电转换区域和上述第2导电型CCD通道区域所夹的区域。
2.一种固态摄像装置，其特征在于：
其由多个权利要求1所述的固态摄像元件排列成行列状而成。
3.如权利要求2所述的固态摄像装置，其特征在于，
上述第2导电型CCD通道区域由至少在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的相邻各孔列间沿列方向延伸的第2导电型杂质区域所构成，
以使上述第2导电型CCD通道区域互相不接触的方式设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域。
4.如权利要求3所述的固态摄像装置，其特征在于，
多个传输电极，包含有利用栅极绝缘膜而形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁上的传输电极，该多个传输电极在形成于上述第1导电型平面状半导体层的各孔行间沿行方向延伸，且离开预定间隔地排列，从而沿着上述第2导电型CCD通道区域传输上述固态摄像元件所产生的信号电荷。
5.一种固态摄像装置，其特征在于：
沿第1方向以第1间隔排列多个如权利要求1所述的固态摄像元件而形成第1固态摄像元件列，沿上述第1方向以上述第1间隔排列多个如权利要求1所述的固态摄像元件而形成第2固态摄像元件列，且该第2固态摄像元件列在上述第1方向上相对于上述第1固态摄像元件列错开预定量，由该第1固态摄像元件列以及该第2固态摄像元件列隔开第2间隔地排列而成的元件列的组，沿上述第1方向错开预定量地隔开上述第2间隔而排列多组。
6.如权利要求5所述的固态摄像装置，其特征在于，
上述第2导电型CCD通道区域至少在上述第1导电型平面状半导体层上所形成的相邻各孔列间，由第2导电型杂质区域构成，该第2导电型杂质区域经过形成于该相邻的上述第1导电型平面状半导体层的孔列中的形成于各上述第1导电型平面状半导体层的相邻孔之间，并沿列方向延伸，
以使上述第2导电型CCD通道区域互相不接触的方式而设置由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域。
7.如权利要求6所述的固态摄像装置，其特征在于，
上述传输电极在形成于上述第1导电型平面状半导体层的相邻各孔行间，经过形成于该上述第1导电型平面状半导体层的孔行中的形成于各上述第1导电型平面状半导体层的相邻孔之间而沿行方向延伸，且按相隔预定间隔的方式排列，从而能沿着上述第2导电型CCD通道区域传输上述固态摄像元件所产生的信号电荷。
8.一种固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：
在第2导电型平面状半导体层上所形成的第1导电型平面状半导体层上形成孔的步骤；
在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的底部，形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤；
在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的其中一部分上，形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤；
形成于在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的底部的上述第1导电型高浓度杂质区域的下部、以及在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的另一部分侧壁的底部，形成由受光而使自身电荷量产生变化的第2导电型光电转换区域的步骤；
在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁上利用栅极绝缘膜形成传输电极的步骤；
在上述第1导电型平面状半导体层表面、以及在上述第1导电型平面状半导体层所形成的孔的另一部分侧壁的上部形成第2导电型CCD通道区域的步骤；以及
在由上述第2导电型光电转换区域和上述第2导电型CCD通道区域所夹的区域形成读取通道的步骤。
9.如权利要求8所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：在第2导电型平面状半导体层上所形成的第1导电型平面状半导体层上形成掩膜，且将硅予以蚀刻而形成孔的步骤。
10.如权利要求9所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：
将由离子注入法而形成第2导电型光电转换区域时所用的掩膜材形成于在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的侧壁上的步骤；以及
由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤。
11.如权利要求10所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，在由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤之后，包含：在第1导电型平面状半导体层上所形成的孔的底部形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤。
12.如权利要求11所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，
在由离子注入法形成第2导电型光电转换区域的步骤之后，包含：
由蚀刻法将形成于在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的掩膜材的其中一部分予以去除，
此后，由离子注入法，
在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的底部，形成第1导电型高浓度杂质区域的步骤；以及
在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的其中一部分上，形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤。
13.如权利要求9至12中任一项所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：
将由离子注入法形成第2导电型CCD通道区域时的掩膜材，形成于在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的步骤；以及由离子注入法形成第2导电型CCD通道区域的步骤。
14.如权利要求13所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：
以能连接于由形成于在第1导电型平面状半导体层所形成的孔的侧壁的其中一部分上的那部分第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的方式，
形成由离子注入法形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域时用的掩膜材的步骤；以及
由离子注入法形成由第1导电型高浓度杂质所构成的元件隔离区域的步骤。
15.如权利要求9至14中任一项所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于，包含：
由进行栅极绝缘膜的形成、栅极电极材的沉积、平坦化以及蚀刻作业，而形成传输电极的步骤。
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